項目式學習范式在校外科技教育活動中的應用

摘要：項目式學習提高了學習的質量，學生直面解決現(xiàn)實問題，促進了其高階思維的發(fā)展。將項目式學習運用于校外科技教育活動中，不僅符合其根本特點，更迎合了新課標的要求和科技強國發(fā)展的需求。本文通過在校外科技教育活動中運用項目式學習典型范式，開展科學探究類、社會調查類、設計開發(fā)類及綜合應用類項目式學習的4個各具特色的實例加以具體說明，并對在校外科技教育活動中開展項目式學習提出了對策與建議。

關鍵詞：項目式學習 科技教育 實踐活動 校外教育

隨著新興科學技術的發(fā)展，教育元宇宙應運而生，全球廣泛采用了線上線下靈活組合的混合式教育教學模式，教育領域面臨巨大挑戰(zhàn)和系統(tǒng)性變革。為了更好地滿足不同學生的個性化需求，提高學習質量，校外科技教育活動也在混合式項目學習方面進行了多種探索。

一、項目

1. 內涵和意義

項目式學習（Project-based Learning，簡稱PBL）是從真實世界的問題出發(fā)，通過組織學習小組，讓學生借助信息技術及多種資源開展探究活動，在一定的時間內解決一系列相互關聯(lián)的問題，并將研究結果以一定的形式發(fā)布[1]。項目式學習提高了學習質量，通過讓學生參與復雜的、新的問題解決過程，不斷溝通，自我管理，促使學生應用所學到的知識和技能解決現(xiàn)實問題，促進了學生高階思維的發(fā)展。同時，項目式學習克服了知識學習與思維實踐的割裂狀況，滿足學生個性化學習需求，增加了學習者獲得優(yōu)質教育的機會[2]。

2. 理論基礎

項目式學習源自美國教育家杜威的“做中學”理論，以建構主義理論為基礎。威廉·克伯屈提出的設計教學法被認為是項目式學習的前身[3]。21世紀必備的7C技能和《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》都明確要求學生具有現(xiàn)實問題解決能力。2019年，中共中央、國務院《關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》明確將項目式學習上升到國家層面政策中。2022年頒布的新課標，更是將項目式學習幾乎寫進了所有科目中。

二、校外科技教育活動與項目式學習的契合點

1. 校外教育活動的特點

興趣是內心的一種需要和渴望，它不以任何命令和外來的需求所主導[4]，因此興趣是強大的源動力。學生要真正發(fā)現(xiàn)自己的興趣所在，就要從多元學習機會中通過不斷嘗試發(fā)現(xiàn)自己的興趣。校外教育以興趣小組為主要學習形式，可見其教育目標就是培養(yǎng)學生的興趣。2022年，中國青少年科技教育工作者協(xié)會組織編制了《科技類校外培訓機構開展科技教育活動指南》，為校外科技教育活動規(guī)范有序地開展提供了參考和依據[5]。

2. 項目式學習與校外科技教育活動的聯(lián)系

校外科技教育自身就具有靈活性、實踐性強的特點；同時，其本質就是開展綜合性跨學科的大單元、系列化教育活動。因此，將項目式學習運用于校外教育活動中，不僅符合校外教育活動的根本特點，迎合了新課標的要求，更是對科技強國發(fā)展需求的回應。

三、項目式學習的基本類型和典型范式

1. 項目式學習的特點和基本類型

項目式學習具有科學性、實踐性、學科性、開放性、生成性強的特點。項目式學習的三大基本類型分別是基于某一知識點或主題的深入探究、學科內知識的統(tǒng)整與延伸，以及跨學科的問題解決[6]。其中，基于某一知識點或主題的深入探究在針對學生對核心概念和原理進行意義建構的基礎上，靈活運用、遷移到一定的任務情境中，如光的反射定律延伸到萬華鏡的成像規(guī)律上；而學科內知識的統(tǒng)整與延伸，則是在學科知識體系中，對學科內知識進行統(tǒng)整與延伸，如學生學習了二歧分類法，運用到為身邊松科樹木分類上；跨學科的問題解決，融合多學科知識，在問題情境中以主題導入，使學科知識與實際生活有機結合，提升學生的復雜問題解決能力，如利用聲學原理解決樂器發(fā)聲問題等。

2. 項目式學習的典型范式

項目式學習有4種典型學科實踐范式，分別是科學探究類、社會調查類、設計開發(fā)類及綜合應用類?？茖W探究類項目式學習中，學生運用所學知識和經驗提出問題，通過設計方案、實驗探索、搜集證據、邏輯推理等，構建知識結構。社會調查類通過社會調查的思維、方法培養(yǎng)學生運用理性思維分析、理解、預測、改進社會及規(guī)則的能力。設計開發(fā)類以創(chuàng)新視角，按照一定目的或意圖設計方案、制作模型、生成作品。綜合應用類運用學生已有知識經驗進行綜合實踐，在真實情境中解決問題，有助于提升學生的復雜問題解決能力、創(chuàng)新實踐能力等高階思維能力[7]。

四、項目式學習典型范式在校外科技教育活動中的應用

1.科學探究類：利用聲學原理探究樂器發(fā)聲原理

從不同角度看樂器，可以發(fā)現(xiàn)樂器的構造分兩類：聲學構造和機械構造。內部不可觸摸的樂器聲學構造，是樂器的發(fā)聲精髓。通過聲學知識學習，學生知道聲音是由物體振動產生的；不同樂器的演奏效果不同，正是聲音的音調、響度、音色等特征量不同。

探究樂器發(fā)聲規(guī)律，可以從科學角度了解樂器的不同種類及其發(fā)聲原理；從編程及機器人角度了解機械構件部分的工作原理；從技術角度掌握程序編寫、算法及虛擬實驗平臺，完成實驗設計和實施；從工程角度利用3D打印、激光雕刻等手段，完成樂器的部件及裝飾物的制作；從數(shù)學角度利用正弦函數(shù)分析聲波的規(guī)律，使用合理尺寸比例，設計美觀的樂器部件，控制樂器的規(guī)范性和使用性；從藝術角度利用樂理相關知識，制作樂器并演奏出悅耳動聽的旋律。具體講，比如手風琴能演奏出優(yōu)美的旋律，本質是簧片振動會產生不同音高的聲音，可以通過實驗設計探究其發(fā)聲規(guī)律，通過設計聲波的可視化實驗將抽象的發(fā)聲規(guī)律具象化；利用簡單材料模擬聲音的不同特征量，構建模型，還原發(fā)聲原理，對發(fā)聲規(guī)律建立科學認識，形成科學解釋，進而提升學生的樂器演奏水平、藝術表現(xiàn)力和樂感。

2. 社會調查類：為身邊植物建檔案——利用二歧分類法認識植物

調查即通過描述現(xiàn)象、獲取信息、對信息進行組織加工，形成對客觀世界的描述。在真實的問題情景中把所學知識和技能進行靈活綜合運用，可以培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力。

“為身邊植物建檔案——利用二歧分類法認識植物”從調查入手，走近身邊最常見的松科樹木，觀察松樹、認識松樹，利用二歧分類法給松科樹木分類。利用小組合作的形式，學生了解北京教學植物園內松科樹木的種類，學習松科樹木的基本屬性。學會打樣方的方法，通過調查和比較分析等方法，以調查表、分布圖等方式記錄不同區(qū)域松科樹木的分布情況，繪制身邊樹木的生態(tài)分布圖。通過調查，學生獲取信息并對信息進行研究分析、加工處理，最終形成對客觀世界的描述，掌握社會調查的思維、方法和能力，了解事物的本質、因果、發(fā)展趨勢和規(guī)律，體會人與自然和諧共生的使命感和責任感[8]。

3. 設計開發(fā)類：萬華鏡里的光學世界

設計即通過系統(tǒng)權衡自然規(guī)律、工程技術原理及社會價值觀，有目的地設計方案或者產品，進而解決問題或達到目標[9]。

“萬華鏡里的光學世界”以光的直線傳播、光的反射為素材來源，結合“國際光日”開展活動，基于真實光學問題，開展基于STEM理念的項目式學習，將光學原理與物化的光學產品——萬華鏡緊密結合，探究萬華鏡里蘊含的光學現(xiàn)象及成像規(guī)律，學生經過實驗探究、設計制作、創(chuàng)意物化的過程，形成較為系統(tǒng)的光學知識體系。將學科內知識進行延伸，通過展示交流、迭代優(yōu)化，學生通過項目研究轉化為創(chuàng)造性解決現(xiàn)實問題的過程，注重學生學科核心素養(yǎng)、工程思維、高階思維和創(chuàng)新能力的提升與發(fā)展。

“萬華鏡里的光學世界”項目式學習思維導圖

4. 綜合應用類：“小水滴游京城”水環(huán)境主題教育活動

水與學生的日常生活密不可分，學生通過學習水的三態(tài)變化、溶解性、循環(huán)過程，初步認識到人與自然相互影響、相互依存的關系，但學習中存在“多重割裂”的現(xiàn)象——問到怎么解決北京缺水的問題，學生還是無從下手。

“小水滴游京城”水環(huán)境主題教育活動圍繞北京缺水這一驅動性問題，以小水滴游京城為主線，以科學、技術、社會與環(huán)境理念為指導，采用線上線下融合的項目式學習方式，將線上微課與線下水資源探究相結合，理解水足跡概念，找到降低水足跡的方法。尊重學習者的興趣和偏好，采用個性化學習方式，突破時空限制，以學習者為中心，選取在現(xiàn)實生活中極具意義的項目開展學習。培養(yǎng)學生分析、解決現(xiàn)實問題的能力，引導學生從認識自然水出發(fā)，跟蹤水足跡，探尋水與人類生活的關系。將水放置于科學、技術、社會、環(huán)境之中，引導學生從生態(tài)系統(tǒng)多樣性角度關注水域生態(tài)，體會水環(huán)境的重要意義，鼓勵學生關注全球性和我國地方性水環(huán)境問題，關注水污染防治、水環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展，參與決策，樹立生態(tài)文明意識。

“小水滴游京城”水環(huán)境主題教育活動項目式學習內容設計圖

五、校外科技教育活動中開展項目式學習的模式總結

校外科技教育活動的開展對于發(fā)展學生的興趣特長、滿足自主選擇性需求、培育科學素養(yǎng)都具有積極作用[10]。為了發(fā)展學生的興趣愛好，校外教育舉辦了各類興趣小組活動、開設活動課程，構建校外教育活動課程體系，開展校外綜合實踐活動的研究與開發(fā)[11]。雖然項目式學習是新生事物，但與校外科技教育活動有很多契合點，如都從真實情境出發(fā)，以學生為中心，注重創(chuàng)新性思維和批判性思維的發(fā)展，以小組合作的形式解決復雜的現(xiàn)實問題等。因此，在目前開展校外科技類項目式學習活動中，科技模型類、編程類、機器人類及科學與工程實踐類興趣小組多以科學探究類、設計開發(fā)類項目式學習較多；而校外群眾性科技教育活動則多以社會調查類和綜合應用類項目式學習為主。

六、校外科技教育活動中開展項目式學習的建議與對策

1. 保護學生好奇心，鼓勵學生學會提問

興趣是一種強大的精神力量，是推動學習和研究的源動力。好奇心是人的天性，對科學興趣的引導和培養(yǎng)要從娃娃抓起?？茖W興趣是提升學生科學素質的關鍵環(huán)節(jié)[12]。興趣有時不是顯而易見的，而需要發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)[13]。好的驅動問題能夠引起學生對項目的好奇心，使項目更加具有挑戰(zhàn)性。保護好學生的好奇心，讓其對未知的知識和領域保持好奇和探究精神，勇于探索，敢于提問。通過實踐探索獲得知識，激發(fā)興趣，設計、開發(fā)和構建針對真實問題的解決方案，幫助學習者更深入地理解學科內容，培養(yǎng)學生解決復雜問題的高階思維能力。

2. 多元化開展非正式科學學習，拓展校外科技實踐活動的半徑

利用身邊的資源，走進博物館、科技館，走進大自然，進行參觀、探究和實踐活動，在這個過程中發(fā)現(xiàn)真實問題，設計項目，寓教于樂。問題就在身邊，項目就在腳下。由于校外教育活動的靈活性特點，項目式學習科技教育活動可以更加廣泛地利用博物館、展覽館、科技館、科研院所等社會資源，結合場館展教資源開展非正式科學學習，培養(yǎng)學生科學素質，提升科學興趣。

3. 利用信息技術手段，促進優(yōu)質教育資源多渠道供給

混合式學習（Hybrid learning）是一種將遠程學習和面對面學習相結合，改善學生體驗并確保學習連續(xù)性的學習方式[14]。將線下實體課堂和線上虛擬課堂實時融合已成為一種趨勢，線上線下融合的學習方式成為混合式學習的一種新形式。充分利用混合式學習資源，為學生創(chuàng)設科技實踐多元渠道。通過信息技術手段，彌補文化、社會、經濟及地理環(huán)境的差異，設計混合式學習課程確保學生無論身處何處都能有所獲得的良好學習體驗。

參考文獻

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